提高高碳當(dāng)量灰鑄鐵剎車盤機(jī)械性能的方法

1、提高高碳當(dāng)量灰鑄鐵剎車盤機(jī)械性能的方法 引言剎車盤是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)零件，行車過程中能否保證可靠的制動(dòng)起關(guān)鍵性作用。剎車盤（鼓）出口大部分是配件市場(chǎng)，客戶訂貨品種多、批量小，但其對(duì)質(zhì)量及性能的要求日趨嚴(yán)格。由于高碳當(dāng)量剎車盤較強(qiáng)的吸震能力，良好的整體散熱能力，更好的預(yù)防瞬間受熱產(chǎn)生的裂紋和變形，而愈來(lái)愈受到客戶的青睞。近年來(lái)，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，制動(dòng)盤的安全、可靠性備受重視。灰鑄鐵是剎車盤常用的材料。作為剎車盤材料的灰鑄鐵應(yīng)具有高的強(qiáng)度、良好的導(dǎo)熱性和耐磨性。高碳當(dāng)量灰鑄鐵導(dǎo)熱性和鑄造性能較好，是剎車盤材料的發(fā)展方向，但高碳當(dāng)量灰鑄鐵因組織中有較多粗大的石墨存在，強(qiáng)度通

2、常較低。 本文將對(duì)如何穩(wěn)定提高高碳當(dāng)量灰鑄鐵剎車盤的硬度、抗拉強(qiáng)度進(jìn)行探討。 1 普通高碳當(dāng)量剎車盤的化學(xué)成分、金相組織、機(jī)械性能的要求 1.1 普通高碳當(dāng)量剎車盤的化學(xué)成分 C=3.63.9、Si=1.62.3、Mn=0.40.8、S0.1、P0.12、Ni0.1、Cr=0.10.25、Cu=0.150.6、Mo0.2、Sn0.1、V0.1、Ti0.031.2 普通高碳當(dāng)量剎車盤的金相組織 珠光體含量85%，主要是A形石墨，石墨長(zhǎng)度35級(jí)。 1.3 普通高碳當(dāng)量剎車盤的機(jī)械性能要求 硬度：125205HBW，抗拉強(qiáng)度b150N/mm2。2 高碳當(dāng)量剎車盤爐料配比（使用中頻感應(yīng)電爐） 感應(yīng)電爐

3、具有升溫、保溫、純凈鐵水的優(yōu)點(diǎn)；不僅可以使粗大的石墨變得細(xì)化，同時(shí)感應(yīng)電爐強(qiáng)大的電磁攪拌力還可以使鐵水中各種細(xì)小的固態(tài)雜質(zhì)得以熔解或成渣除去，使鐵水凈化，給隨后的孕育處理帶來(lái)方便。為保證剎車盤的機(jī)械性能達(dá)到客戶要求，優(yōu)質(zhì)的鐵水是獲得高強(qiáng)度灰鑄鐵的必要條件，爐料配比尤為重要，生鐵最好不使用，一般配比為廢鋼：回爐料=60%：40%（廢鋼為普通碳素鋼），增碳劑、鉻鐵、錳鐵、硅鐵隨爐料一同加入。廢鋼、增碳劑最好先加入爐內(nèi)。3 鐵水熔化溫度控制及鐵水化學(xué)成分檢驗(yàn) 由于高碳盤的含碳量較高，在合金元素一定量的前提下，較高的碳當(dāng)量必然導(dǎo)致鑄件的硬度、抗拉強(qiáng)度降低，因此保證制作的光譜分析試樣能準(zhǔn)確反映鐵水化學(xué)成

4、分的真實(shí)狀況至關(guān)重要，實(shí)際操作中應(yīng)該注意以下幾方面的控制。3.1 鐵水溫度達(dá)到1520在爐內(nèi)保溫5-8分鐘（這是較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目的為使增碳劑能較好的熔解），再進(jìn)行扒渣處理，清理掉鐵水表面的雜質(zhì)及未充分熔解的增碳劑，然后用采樣勺在電爐內(nèi)舀取鐵水制作光譜分析試 樣。舀取鐵水時(shí)，采樣勺凹面朝下，伸入電爐鐵水內(nèi)，上下攪動(dòng)4-5次， 采 樣勺伸入液面下100mm左右舀取鐵水。 3.2 制作的光譜分析試樣必須白口化。由于鑄鐵中的碳以游離的石墨狀態(tài)存在，直接用于光譜分析時(shí)導(dǎo)致激發(fā)不良，另外由于有石墨的存在，不同激發(fā)點(diǎn)的成分偏差很大，分析結(jié)果難以穩(wěn)定，因此要將試樣白口化，使石墨轉(zhuǎn)化為 Fe3C的組織結(jié)構(gòu)

5、。 3.3 若光譜儀檢驗(yàn)鐵水成分不符合要求，重新添加爐料調(diào)整成分以后，不能馬上舀取鐵水制作光譜分析試樣檢驗(yàn)，此時(shí)鐵水在爐內(nèi)還沒有充分的攪勻，檢驗(yàn)出來(lái)的化學(xué)成分是虛值，正確的做法是，在保溫的狀態(tài)下，使鐵水在爐內(nèi)翻滾35分鐘，待鐵水成分均勻以后再取光譜分析試樣，這樣檢驗(yàn)出的數(shù)據(jù)才是真值。 3.4 光譜儀做好類型標(biāo)準(zhǔn)化。3.5 光譜儀檢驗(yàn)試樣時(shí)最少激發(fā)兩點(diǎn)，如果這兩點(diǎn)數(shù)據(jù)相差較大，必須激發(fā)第三點(diǎn)，刪除異常點(diǎn)，余下兩點(diǎn)各化學(xué)元素的平均值為該試樣的檢驗(yàn)值。 3.6 鐵水成分檢驗(yàn)合格后，提溫至1530出爐。 3.7 鐵水孕育處理 為了使鑄件達(dá)到較好的機(jī)械性能、金相組織，要對(duì)鐵水進(jìn)行孕育處理，因 為灰鑄鐵的

6、機(jī)械性能主要取決于基體組織及石墨型態(tài)，一般情況下，灰鑄 鐵的基體組織和片狀石墨都較粗大，因而強(qiáng)度較低，塑性較差，另外灰鑄 鐵對(duì)冷卻速度十分敏感，在同一鑄件上的不同厚度的界面處，往往得到不 同的組織，石墨的大小和分布也不均勻，這就使鑄件的各部分性能很不一 致，為改變以上缺點(diǎn)常采用“孕育處理”的方法，使鐵水同時(shí)生成大量均勻的晶核，降低過冷度，改變了鐵水的結(jié)晶條件，促進(jìn)A型石墨生長(zhǎng)，同時(shí)獲得細(xì)晶粒的珠光體基體和細(xì)片狀石墨組織，故對(duì)提高鑄鐵強(qiáng)度有利。常用的孕育劑是含硅75%的硅鐵，其加入量一般為鐵水重0.3-0.5%，經(jīng)過孕育處理的鐵水要在10分鐘之內(nèi)用完，否則孕育衰退。 4 影響鑄件性能的主要因素：

7、化學(xué)成分、冷卻速度。 4.1 碳當(dāng)量的高低對(duì)鑄件機(jī)械性能影響明顯。 化學(xué)成分的上下限是客戶驗(yàn)收產(chǎn)品的極限位，在鐵水中合金元素含量、鑄件冷卻速度、造型硬度一定的前提下，碳當(dāng)量的高低直接影響鑄件的硬度、抗拉強(qiáng)度，通過實(shí)驗(yàn)，一般碳當(dāng)量控制在CE=C%+Si%/3=4.15%-4.25%之間，高碳當(dāng)量剎車盤的機(jī)械性能完全能夠滿足客戶要求。碳當(dāng)量每增加0.05%，單鑄試棒的抗拉強(qiáng)度降低1520Mpa。 4.2 合金元素對(duì)鑄件性能的影響 合金元素價(jià)格都較高，加入量的多少將直接影響到產(chǎn)品的成本，因此在滿足客戶要求的前提下，盡可能少量使用合金元素。下圖為合金元素加入量對(duì)鑄件抗拉強(qiáng)度的影響（摘自：新型高碳當(dāng)量高

8、強(qiáng)度灰鑄鐵組織與性能的研究）4.2.1 Mn 在灰鑄鐵中是促進(jìn)珠光體和穩(wěn)定滲碳體元素，是阻礙石墨化的元素。Mn能降低共晶溫度和共析溫度，因此，提高鐵水中的含Mn量可有效地降低共晶轉(zhuǎn)變溫度，有利于增加奧氏體枝晶的數(shù)量，從而促進(jìn)珠光體的形成。另外，奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變?cè)谳^低溫度下進(jìn)行，使珠光體片間距減小，促進(jìn)珠光體片細(xì)化。Mn是強(qiáng)碳化物形成和穩(wěn)定碳化物元素，Mn置換了 Fe3C 中的Fe，形成（Fe，Mn）3C，構(gòu)成更強(qiáng)更硬的珠光體。Mn能無(wú)限固溶于奧氏體，強(qiáng)化基體，改善灰鑄鐵的性能。 Mo 是提高灰鑄鐵強(qiáng)度最有效的合金元素之一。它是較溫和的反石墨化元素，對(duì)石墨有阻礙作用，可以細(xì)化珠光體，亦能細(xì)化

9、石墨，從而改善石墨片，改善灰鑄鐵的性能。同時(shí)，Mo具有較溫和的碳化物形成作用，且形成的復(fù)合碳化物極為穩(wěn)定，尤其在高溫狀態(tài)下。鉬是優(yōu)異的合金元素，但價(jià)格昂貴，盡量不選用。當(dāng)Mo0.6時(shí)，它穩(wěn)定碳化物的作用比較溫和，主要作用在于細(xì)化珠光體，亦能細(xì)化石墨，對(duì)提高鑄件抗拉強(qiáng)度效果較為明顯。4.2.3 Cr 是強(qiáng)烈的反石墨化元素，具有促進(jìn)珠光體形成，并細(xì)化珠光體的作用。因此鑄件中加入一定量的Cr可以提高灰鑄鐵的強(qiáng)度。Cr加入量不當(dāng)會(huì)增加鑄件的縮松、縮孔傾向。為了避免其負(fù)面影響，鐵水中應(yīng)該加入適量的Cr，以0.20.3為宜。 Cu 為了抵消Cr增大白口的不利影響，在添加Cr的同時(shí)，往往組合添加一定量的Cu

10、。而且，有研究顯示，Cu和Cr復(fù)合加入時(shí)的強(qiáng)度優(yōu)于其單獨(dú)加入。Cu是較溫和的促進(jìn)石墨化元素，它能細(xì)化石墨并使石墨均勻分布，有效抵消Cr元素增大白口的傾向。Cu也是一種穩(wěn)定珠光體的合金元素，因此，Cu的加入可以增加和穩(wěn)定基體中珠光體組織，改善灰鑄鐵的機(jī)械性能。另外，Cu的加入可有效的提高灰鑄鐵的耐磨性和耐蝕性，也可提高鐵水的流動(dòng)性，顯著改善鑄造性能。但Cu含量也不是越多越好，大量的Cu和Cr、Sn在一起，會(huì)使基體中產(chǎn)生大量的索氏體，影響鑄件的切削性能。4.2.5 Sn 是灰鑄鐵件中的微量元素之一。當(dāng)Sn0.1%時(shí)，能增加穩(wěn)定珠光體的含量，其作用10倍于Cu，提高鑄件的硬度。Sn在金屬基體中的溶解度很有限，加入量不可過多，否則會(huì)使鑄鐵脆化，沖擊韌性下降，同時(shí)增加鑄件成本。 結(jié) 論1. 在鐵水中合金元素含量、鑄件冷卻速度、型腔硬度一定的前提下，控制碳當(dāng)量CE=C%+Si%/3=4.15%-4.25%，鐵水中的C高、Si低一點(diǎn)，C低，Si高一點(diǎn)，控制碳當(dāng)量在一定范圍內(nèi)，保證鑄件的硬度、抗拉強(qiáng)度滿足客戶要求。2. 適量加入合金元素，達(dá)到提高鑄件珠光體含量、細(xì)化石墨的目的。3. 為得到鐵水化學(xué)成分的真值，尤其是C、Si含量的真值，熔化鐵水溫度達(dá)到1520以后要保溫58分鐘、扒渣處理后再取光譜分析試樣；向爐內(nèi)添料調(diào)整鐵水成分后，不要馬上用采樣勺舀取鐵水制作光譜分析試